Sistema Digitais. Bacharelado de Informática UEM DIN - Prof. Elvio 2016

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1 Sistema Digitais Bacharelado de Informática UEM DIN - Prof. Elvio 2016

2 Roteiro Conversor Analógico/Digital

3 Aquisição de Dados

4 Sinal Analógico Sinal contínuo na ordenada e na abscissa

5 Digitalização Processo de conversão de sinal analógico em digital Envolve a amostragem do sinal analógico em pontos discretos no tempo, usualmente em intervalos periódicos Para cada amostra feita, aproxima-se o valor para o valor discreto mais próximo

6 Digitalização Amostragem: sinal é amostrado em instantes específicos no tempo

7 Digitalização Quantização: valor amostrado é aproximado para o valor discreto mais próximo

8 Digitalização Representação Digital: cada nível discreto recebe um valor digital

9 Digitalização Quantos mais bits, mais níveis discretos

10 Digitalização Quantos mais níveis discretos, menor o erro de quantização

11 Digitalização Erro de quantização não pode ser recuperado Tamanho do erro de quantização diminui com o aumento no número de bits utilizados Quanto erro é aceitável? Depende da aplicação Aplicação determina o número de bits necessários Música: 16 bits Voz (qualidade de telefone): 8 bits

12 Digitalização Erro de quantização

13 Digitalização Exemplo: 3 bits bipolar

14 Digitalização Exemplo: 3 bits unipolar

15 Frequência de Amostragem Qual deve ser a taxa de amostragem mínima para produzir uma representação digital precisa do sinal, de maneira que ele possa ser reconstruido a partir do sinal amostrado? Intuitivamente, espera-se que a taxa de amostragem tenha relação com a taxa com que o sinal mude Pouca mudança do sinal: taxa de amostragem mais baixa Mudanças rápidas do sinal: taxa de amostragem mais alta

16 Frequência de Amostragem Exemplo: senóide com frequência de 9 Hz Amostras por período: 8 amostras Frequência de amostragem: 8 x 9 = 72 a/s

17 Frequência de Amostragem Exemplo: senóide com frequência de 9 Hz Frequência de amostragem: 12 a/s Sinal recuperado a partir das amostras parece ter apenas 3 Hz Aliasing: erro causado por frequência de amostragem muito baixa

18 Frequência de Amostragem Teorema de Nyquist-Shannon Se um sinal contínuo contendo componentes com frequência máxima igual a f c for amostrado a uma frequência maior que 2 f c, o sinal original pode ser completamente recuperado a partir das amostras sem outro erro além daquele introduzido pela quantização.

19 Tipos de Conversores A/D Flash Operação em paralelo, através de um conjunto de comparadores Cada comparador compara o sinal de entrada com uma fração do valor de referência, dependendo do número de bits da conversão Vantagem: rápido Desvantagens: caro, grande e consume muita energia

20 Tipos de Conversores A/D Aproximação Sucessiva Utiliza um Conversor Digital/Analógico para verificar acerto na conversão Vantagens: rápido e com boa precisão Desvantagem: velocidade cai com aumento na precisão

21 Tipos de Conversores A/D Rampa Rampa de subida proporcional ao valor do tensão de entrada Rampa de descida com inclinação constante Tempo de descida proporcional ao valor do tensão de entrada Vantagens: alta precisão e imunidade a ruído Desvantagem: lento

22 Conversor A/D do Arduino Características principais Conversor com aproximação sucessiva 10 bits de resolução (1024 pontos). Tempo de conversão de 13 a 260 µs Até 76,9 k amostras/segundo, 15 k a/s na resolução máxima. 6 canais de entrada multiplexados Faixa de tensão de entrada de 0 a V CC Tensão de referência selecionável de 1,1 V Modo de conversão simples ou contínua Interrupção ao término da conversão Eliminador de ruído para o modo Sleep Sensor interno de temperatura com ± 10 ºC de precisão

23 Conversor A/D do Arduino Diagrama em blocos

24 Conversor A/D do Arduino Valor convertido: Circuito recomendado

25 Conversor A/D do Arduino Tempos de conversão Registrador ADC Multiplexer Selection (ADMUX)

26 Conversor A/D do Arduino Registrador ADC Multiplexer Selection (ADMUX) Reference Selection (REFS[1:0]) Seleciona a tensão de referência ADC Left Adjust Result (ADLAR) Altera como o resultado é apresentado (veja figura adiante)

27 Conversor A/D do Arduino Registrador ADC Multiplexer Selection (ADMUX) ADC Left Adjust Result (ADLAR)

28 Conversor A/D do Arduino Registrador ADC Multiplexer Selection (ADMUX) Analog Channel Selection (MUX[3:0])

29 Conversor A/D do Arduino Reg. ADC Control and Status A (ADCSRA) ADC Enable (ADEN) Habilita o conversor ADC Start Conversion (ADSC) Inicia a conversão A/D ADC Auto Trigger Enable (ADATE) Inicia a conversão com o gatilho designado no ADCSRB ADC Interrupt Flag (ADIF) Indica que a conversão foi finalizada e o resultado está disponível para leitura

30 Conversor A/D do Arduino Reg. ADC Control and Status A (ADCSRA) ADC Interrupt Enable (ADIE) Habita a interrupção causada pelo fim da conversão ADC Prescaler Select (ADPS[2:0]) Seleciona o relógio do conversor

31 Conversor A/D do Arduino Reg. ADC Control and Status B (ADCSRB) ADC Auto Trigger Source (ADTS[2:0]) Seleciona a fonte do autodisparo do conversor Analog Comparator Multiplexer Enabled (ACME)

32 Conversor A/D do Arduino Registradores ADC Data (ADCL e ADCH) ADC Conversion Result (ADC9:0) Registrador Digital Input Disable 0 (DIDR0) ADC5-0 Digital Input Disable (ADC5D-ADC0D) Desabilita a entrada analógica correspondente

33 Exemplo de código Conversor A/D do Arduino

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